褐煤蜡在炭黑当中的应用
一、组成与性质
1、褐煤蜡
褐煤蜡的化学组成：主要由高级脂肪酸（碳链C26-C36）与高级脂肪醇（碳链C26-C36）构成的高级脂肪酯（蜡酯），部分游离高级脂肪酸（蜡酸），少量蜡醇、蜡酮、脂肪烃等组成。它是碳链较长、饱和度较高、含有较多极性基团的线性分子。
褐煤蜡有着优良理化特性：熔点高；硬度大；揩擦光亮度好；机械强度高；电绝缘性好；对酸和其它活性溶剂的化学稳定性好，易溶于大部分有机溶剂（如溶剂汽油、松节油、油脂等）；能与石蜡、微晶蜡、地蜡、天然动植物蜡、硬脂酸、高分子材料等很好的熔合，来改变各种物质的理化性能，如熔点、硬度、光亮度、防水性、粘结性等；它所含的憎水和亲水基团有利比例，很容易制成稳定的乳化液；添加各种树脂、塑料、橡胶、皮革、纤维等高分子物之间，有良好的润滑性，并能赋之防水、蜡感、自然光亮特殊功效。
2、炭黑
炭黑主要是由碳元素组成的，含碳量为90%-99%左右，同时也含有少量的氧、氢、氮和硫等元素。在炭黑生成或后部氧化被带入炭黑中，除少量氢存在于炭黑粒子内部外，多数的“杂原子”键合在炭黑粒子表面，形成不同官能团。炭黑由于粒径小，比表面积大，所以物理活性高，但化学活性比较低，其表面为亲油的。其微晶有准石墨
结构，且呈同心取向，其粒子是近似乎球形的胶体粒子，而这些粒子大都熔结成聚集体。聚集体是炭黑可单独存在的最小实体，并以聚集体的形式存在于所应用的体系中，所以它的形态特性（如炭黑粒径、结构、表面性质等）直接影响炭黑的应用性能。
炭黑是橡胶补强、填充剂。炭黑也作着色剂、紫外线屏蔽剂或导电剂，广泛应用于塑料、涂料、油墨和干电池等很多行业的制品中。
二、分散机理
作为分散剂物质必需是具有两性基团的物质，而褐煤蜡就是具有两性基团在两端的线性分子物质。非极性基（亲油基）是由碳氢连组成，碳链长度为C26-C36，并且饱和程度高；极性基团（亲水基）是由羧基（-COOH）、羰基（-COO-）、羟基（-OH）等组成。所以褐煤蜡是具有良好分散性的线性分子物质，其HLB值为3-5（亲油性较强）。
褐煤蜡与炭黑分散保持机理：静电排斥分散。炭黑表面吸附褐煤蜡分子后，粒子表面的电位发生变化，且带有相同的电荷，所以炭黑聚集体粒子之间排斥力增加，而使其分散稳定；立体包裹作用。由于树脂、塑料、橡胶等高分子物质与褐煤蜡的吸附后，重叠包裹在炭黑粒子表面（类似于高分子物质分散于炭黑当中），相对增加了炭黑粒子之间的距离，而使其分散稳定。
当褐煤蜡与炭黑相结合时，褐煤蜡的非极性基团（碳氢连-亲油基）与炭黑聚集体有很好的亲和性，因炭黑表面亲油。这时褐煤蜡的极性基团一致朝外，有效防止了炭黑聚集体之间形成附聚体；色素炭
黑，与上述情况恰好相反。因色素炭黑表面极性基团较多，褐煤蜡的极性基团与色素炭黑聚集体表面相结合，这时褐煤蜡碳氢连朝外，同样有效防止了炭黑聚集体之间形成附聚体。
褐煤蜡与色母粒载体树脂和炭黑（颜料）、与被着色的树脂有很好的相容性，这与褐煤蜡的特殊化学结构（亲油基团与亲水基团的有利比例-能起到偶联剂作用）相关。所以它非常适合深色的色母粒及塑料制品当中。
三、褐煤蜡在炭黑中的作用
炭黑的主要成分是碳，粒子尺寸10-100nm，具有优良的橡胶补强、着色、导电或抗静电、吸收紫外线功能，作为纳米级功能性材料应用到各种领域。这主要与炭黑粒径、结构、表面性质有关，其次与炭黑表面粗糙度、表面活性高低有关外。炭黑在各种基料分散性，也是非常重要因素，分散效果好与坏会直接影响炭黑制品各方面性能。如炭黑作为橡胶主要补强剂时，不但能提高轮胎的耐磨性和抗撕裂性能，而且能降低生成热和低滚动阻力。作为色素炭黑时，提高黑度和着色力。作为导电炭黑，可提高导电性。
各种橡胶制品是由合成橡胶（或天然橡胶）、炭黑（或白炭黑）和配合剂（各种功能助剂）组成；油墨和涂料是由颜料（炭黑）、成膜物质、连接料（油、树脂、水等）和助剂组成；色母粒是由颜料（炭黑）、载体树脂和添加剂组成。褐煤蜡在其中可起到很好的分散、润滑作用，尤其是非极性与极性物料之间，它可成为炭黑产品多功能助
剂和配合剂，应用于各种炭黑制品当中，发挥其独特作用。
褐煤蜡可以改善炭黑分散性和橡胶加工、成型性能。因褐煤蜡是一个碳链较长的含有较多极性基团的线性分子，在炭黑与橡胶、橡胶各种配料之间起良好分散作用。在橡胶纤维体之间、橡胶与成型设备之间还能起到一定润滑作用，所以能改善橡胶加工、成型性能。同时，可增加炭黑高能量部位浓度，对炭黑补强有促进作用。还可，提高非极性与极性橡胶粘结性；
褐煤蜡亲油基团与亲水基团的有利比例，附聚在炭黑聚集体表面，可大大改善炭黑表面性质，作为色素炭黑在涂料和油墨会起到良好的分散作用，炭黑的黑度常以它的高分散性能作为先决条件，否则颗粒细的炭黑其黑度也不能显示出来。油墨、涂料常以乳化状态形式存在，褐煤蜡可以增强乳化及促进乳化液稳定作用。同时，还能起到良好的防水性能和成膜性，使涂料的涂层和油墨的字迹干快、自然光亮、赋有蜡的美感；
含褐煤蜡的炭黑色母粒，在塑料制品当中对各种高分子，不但具有良好分散性，而且起到一定的润滑作用，改善塑料成型性能，使得表面光滑美观。
四、褐煤蜡的选择
选择树脂含量低、酸值和皂化值较高的褐煤蜡，因褐煤蜡当中的树脂不稳定、易氧化、黏度大。酸值和皂化值高，证明极性基团较多，有助于炭黑分散。
作者：刘长胜煤化工高级工程师，主要从事褐煤蜡及其深加工、煤（或油页岩）的低温干馏及干馏产物（半焦、煤焦油或页岩油、煤气）的开发利用生产技术研究，联系方式电话：151********邮箱：changsheng9807@https://www.doczj.com/doc/5516878354.html,